Рециклингили девулканизация сшитых эластомеров - статус-кво

Введение

Данная статья посвящена анализу процесса девулканизации сшитых эластомеров и причин, ограничивающих использование получаемого при этом вторичного сырья в новых смесях для производства изделий, не уступающих по качеству продукции из первичного сырья. В результате проведенных исследований удалось найти способы устранения этих ограничений. Возможности практической промышленной реализации результатов работы продемонстрированы на конкретных примерах.

Рециклингили девулканизация сшитых эластомеров - статус-кво

В отличие от термопластов, которые, как правило, путем рециклинга, гранулирования и расплавления могут повторно использоваться в производстве изделий для первоначальных областей применения, в случае сшитых эластомеров пространственная химическая структура молекулярных цепей с наличием поперечных ковалентных связей не позволяет подвергать отходыи бывшие в употреблении изделия подобной обработке. По этой причине эластомерные отходы традиционно используются либо для получения энергии путем сжигания, либо в форме гранулятов или дробленых материалов для наполнения перерабатываемых смесей. Последние в большинстве случаев применяются в производстве более низкосортных видов продукции, чем изделия из первичного сырья. При этом они могут либо непосредственно использоваться в комбинации с клеящими веществами или связующими, либо должны подвергатьсяхимической модификации с целью обеспечения достаточно высокой совместимости и возможности переработки в сочетании со связующими из первичного сырья. К недостаткам переработки путем сжигания относится сравнительно низкое количество получаемой энергии по сравнению с необходимыми ее затратами на производство сшитых эластомеров, включая процессы синтеза мономеров, их полимеризации, смешивания с другими компонентами и последующей вулканизации. Кроме того, неследует забывать о негативном влиянии сжигания отходов на экологию; при этом необходимо обеспечивать эффективное удаление проблемных дымовых газов (оксидов серы, сажи, галогеновых соединений и др.).

Все это обусловило проведение многочисленных исследований по отысканию возможностей избирательной деструкции образовавшихся в процессе сшивания связей с одновременным сохранением целостности молекулярных цепей. Главной целью этих работ является обеспечение эффективного вторичного использования сшитых эластомеров. Если процесс сшивания натурального каучука серой исторически получил название вулканизации, то обратный процесс -вышеупомянутую избирательную деструкцию мест сшивки - логично назвать девулканизацией. Термины «вулканизация» и «девулканизация» со временем стали применять не только к сшитым серой системам, но и ко всем сшитым эластомерам вообще.

Девулканизация может проводиться разными способами, которые в принципе могут быть объединены в две группы. Во-первых, вулканизованный материал может быть подвергнут воздействию физических нагрузок (например, посредством механических сил, излучения и т. п.), что приводит к разрыву наиболее слабых ковалентных связей, т. е. к деструкции вулканизата. С другой стороны, деструкцию сетчатой структуры можно осуществлять с применением химических соединений. С целью улучшения распределения девулканизующих химических веществ и, как следствие, повышения эффективности их действия на практике хорошо зарекомендовало себя использование надкритических жидкостей, например диоксида углерода. Исследование биологических процессов позволило установить, что определенные виды грибов также в состоянии разрушать серные мостики в сшитых эластомерах. Однако этот процесс является очень длительным, он занимает около 200 суток. Возможна также ферментативная деструкция этих связей с помощью продуктов перекисного окисления липидов. Часто применяются комбинации физических и химических методов, такие как дробление в шаровой мельнице в сочетании с обработкой фенольными антиоксидантами или сульфидами.

Термомеханические процессы проводятся на обычном оборудовании - например, в двухшнековых экструдерах - и (или) на специально созданных машинах. Судя по имеющейся информации, повышенные температуры оказывают благоприятное влияние на протекание этих процессов. Тем не менее не подлежит сомнению, что обработка с применением механических воздействий может проводиться ипри нормальных температурах. Применение ультразвука представляет интерес при девулканизациитрадиционных эластомеров, включая бутадиенстирольный каучук (SBR), натуральный каучук (NR), этиленпропилендиеновый каучук (EPDM), а также силиконы. Наряду с другими физическими способами применение микроволновой обработки для нагрева материала оказывает позитивное влияние надеструкцию связей, причем зачастую в комбинации с механическими процессами.

С учетом огромного мирового количества автомобильных покрышек и связанного с этим наличия потенциального рынка, разработанные за последние 20 лет процессы были сконцентрированы именно на переработке старых покрышек. Изготовленная из них продукция находит применение во многих областях - например, при строительстве спортивных сооружений, игровых площадок, дорог и др., но в то же время не используется для производства новых покрышек.